Массообмен и структурные преобразования в плотностном потоке (1103656), страница 2
Текст из файла (страница 2)
«Физические проблемы экологии(физическая экология)» (1997, 1999, 2001, 2004); на междунар. науч. конф.«Стационарность и нестационарность стратифицированных и/или вращающихся потоков» (1997); на 3-ем междунар. конгрессе “Вода: экология итехнология”. ЭКВАТЭК-98. (1998); на междунар. симп. памяти К. Федорова«Океанические фронты и сопутствующие явления» (1998); на междунар. науч. конф. «Стохастические модели гидрологических процессов и их приложение к охране окружающей среды» (1998); на 2-й всерос. научн. конф. “Фундаментальные проблемы физики” (2000); на междунар. конф. “Fluxes andstructures in fluids” (2001, 2003, 2005); на всерос.
конф. «Актуальные проблемы водохранилищ» (2002); на междунар. конф. «Теоретические и прикладныепроблемы современной лимнологии» (2003).ПУБЛИКАЦИИ.Результаты диссертации представлены в 23 научных публикациях.ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Автор диссертации выполнил работы помодернизации измерительного комплекса аппаратуры. Принимал непосредственное участие в подготовке и проведении натурных исследований на Истринском (1999, 2002 г.), Вазузском (2001 - 2002 гг.), Иваньковском (1998 г.)водохранилищах и озерах Имандра (1999 г.) и Телецком (2003 г.). Анализ результатов выполнен лично и совместно с научным руководителем.СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ.
Диссертация состоит извведения, пяти глав, заключения и списка литературы, изложенных на 196страницах, и содержит 85 рисунков. Список используемой литературы включает 151 наименование.6СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо Введении сформулированы цели работы, приведены характеристикиактуальности, фундаментальной важности и современного состояния решаемой проблемы, дана постановка задач исследований, рассмотрены пути и методы решения проблемы, основные результаты и сведения об апробация работы, представлены структура и краткое описание содержания диссертации.Первая глава – «Обзор результатов исследований массообмена вплотностных течениях» - содержит анализ опубликованных результатовэкспериментальных исследований стратифицированных течений (раздел 1.1)и методов теоретического описания плотностных потоков (1.2).
Рассмотреныработы по изучению распространения придонных стратифицированных течений в водохранилищах и озерах. Представлены данные о морских и океанических плотностных потоках. Приведен анализ результатов исследованийплотностных течений, индуцированных ветром и внутренними волнами. Рассмотрены данные о развитии стратифицированных потоков, обусловленныхтермическим режимом водоемов, и результаты лабораторных исследованийструктурных преобразований плотностных потоков. Дан анализ результатовиз ряда работ по математическому моделированию энерго- и массообмена встратифицированных течениях. Рассмотрены основные уравнения математической модели распространения плотностного потока и модель взаимодействия сдвиговых слоев течения.В заключении сделаны следующие выводы из обзора:• Несмотря на активность исследований и значительную роль придонныхстратифицированных течений в процессах массообмена в природных бассейнах, сохраняется дефицит данных об одновременных изменениях распределений параметров течений и состава воды по всей глубине водоема.
Практически отсутствуют результаты комплексных структурных исследований линзовых плотностных потоков, что затрудняет построение моделей этих течений, в достаточной степени адекватных природным потокам.• К нераскрытым механизмам развития плотностных течений относятсяэффекты взаимодействия этих потоков с приповерхностными. Литературныеданные о таких процессах недостаточно детальны для анализа влияния изменений устойчивости течений на разных глубинах на массоперенос, что резкоограничивает возможности математического моделирования.• Требуют значительного совершенствования методы расчета распределений концентрации взвеси и температуры в нестационарных потоках.
Описание этих распределений без учета взаимодействия сдвиговых слоев, повидимому, не имеет больших перспектив.7На основании этих выводов были поставлены задачи для данной работы.1. Выявить закономерности воздействия стратифицированных потоков свнутренними фронтальными зонами и линзами повышенной плотности нараспределения концентраций примесей в водохранилищах и озерах по данным детальных измерений.2. Выявить механизмы влияния изменений устойчивости течений в различных слоях водоема на энергопередачу от приповерхностного потока к придонному.3. Разработать математическую модель тепло - и массопереноса в придонном стратифицированном потоке для описания эволюции вертикальных распределений температуры и концентрации взвеси с учетом взаимодействиясдвиговых слоев течения.Вторая глава – «Объекты исследований и методика измерений» включает описание опорных полигонов: Можайского, Вазузского, Истринского, Иваньковского, Нурекского водохранилищ, озер Телецкого и Имандра(раздел 2.1).
Приведены характеристики измерительных систем, а также особенности методик комплексных натурных исследований, результаты которыхпредставлены в данной работе (раздел 2.2).Плотностные потоки в Можайском водохранилище, созданном в верхнемтечении р. Москвы, обусловлены термической стратификацией и минерализацией речных вод. Длина водохранилища – 28 км, глубина – до 20 м принормальном подпорном уровне (НПУ), максимальная ширина – 2.6 км. Средний уклон дна – is = 6⋅10-4. В плане водохранилище состоит из четырех основных областей расширений (плесов), соединяющихся перекатами.
Коэффициент водообмена ∼ 1.1 год-1. Скорости стратифицированных течений - до15 см/с. Эти течения подвержены сильному влиянию дрейфовых, циркуляционных потоков и внутренних волн.Вазузское водохранилище - сложное четырехлопастное, глубиной приНПУ - 27 м, длиной - 105 км, шириной до 1 км и коэффициентом водообмена5-6 год-1. Средний уклон дна – is=2·10-4. Реки, питающие водохранилище: Вазуза, Касня, Осуга и Гжать, нижние части долин которых им заполнены,близки по водоносности.
Плотностные потоки – гравитационно - градиентные и циркуляционные с термической и минерализационной стратификацией.Истринское водохранилище – одно из старейших в Москворецкой воднойсистеме. Максимальная глубина составляет 19 метров при НПУ. Протяженность бассейна - 22,5 км, ширина до 2.5 км. Коэффициент водообмена ∼ 1.3год-1. Из-за различий температур вод притоков и концентраций растворенных8в них солей появляются ступенчатые распределения плотности и многоядерные профили скорости придонного стратифицированного теченияИваньковское водохранилище расположено в пределах Верхневолжскойнизины – крупной равнины, прорезанной долиной р.
Волга. Его длина – 120км, глубина – до 20 м, максимальная ширина – 4 км. Средний уклон дна –is=2⋅10-4. Коэффициент водообмена ∼ 8.3 год-1. Течения преимущественностоковые и дрейфовые. Большую роль в формировании экологической ситуации в этом бассейне играет высокая проточность водохранилища.
Плотностные потоки – градиентно-гравитационные. Стратификация - термическаяи минерализационная.Нурекское водохранилище - водоем каньонного типа глубиной до 300 м,шириной 0.5÷5 км и длиной 70 км. Средний уклон дна is=4⋅10-3. При впадении в этот бассейн горной реки Вахш, ее мутные холодные воды погружаются в глубинные слои водохранилища и формируют мощный гравитационноградиентный плотностной поток со скоростями до 50 см/с. В весенне - летний период устойчивость и динамика течения с толщинами до 30м обеспечивается преимущественно суспензионной стратификацией.Озеро Имандра – крупнейший водоем Кольского полуострова. Озеро состоит из трех плесов, соединяющихся между собой проливами.
Максимальные глубины достигают 60 м. Протяженность – до 110 км. Ширина – до 6 км.Коэффициент водообмена ∼ 0.52 год-1. Наибольшие скорости (∼20 см/с) отмечаются вблизи проливов. В водохранилище поступают стоки Оленегорского комбината, предприятий «Североникель» и «Апатит». В условиях малойпроточности водохранилища значительную роль в процессах распространения загрязнений играют придонные течения.Телецкое озеро расположено в северо-восточной части Горного Алтая.Среди 50 глубочайших озер мира оз. Телецкое занимает 39 место, входит вАлтайский государственный заповедник и включено ЮНЕСКО в Списокобъектов мирового наследия.
Максимальная глубина – 325 м, длина - 78 км,ширина до 5,2 км. По профилю дна выделяются меридиональный плес с наибольшими глубинами и широтный северо-западный плес с глубинами менее100 м до истока р. Бия. В озеро впадает около 70 рек, вытекает одна р. Бия. сСтратификация вод преимущественно термическая. Наиболее мощные плотностные течения отмечены перед истоком р. Бия из озера.Исследования проводились на разрезах по всей области действия течений и в сериях зондирований во времени. В ходе измерений одновременнорегистрировались детальные профили скорости потока U, температуры воды9T, концентрации взвеси S, растворенных солей Cdil, кислорода O2 а такжескорость ветра Uw на высоте 2 м над поверхностью воды.Характеристики аппаратуры с учетом особенностей комплексных натурных исследований, результаты которых положены в основу данной работы,приведены в разделе 2.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
